全光纤加速度检波器信号处理系统

研制成功一和中实用型全光纤加速度检波器的信号处理及误差补偿系统,通过对全光纤迈克尔逊干涉仪的输出信号,采用交流相位跟踪零差检测技术（ＰＴＡＣ）实现了加速度信号的高精度检测和误差信号的补偿,在１０Ｈｚ～１ｋＨｚ的宽频带内,输出衰减不大于２．６ｄＢ,在丹麦的振动台上（型号：ＰＭＶｉｂｒａｔｉｏｎｅｘｃｉｔｅｒ４８０８）进行了实测,结果表明,解调信号与待测信号相位一致性好,频谱同线在１０～１５０Ｈｚ频率     

光纤激光干涉测速

为了测量运动物体的速度,基于多普勒效应构建了光纤速度干涉仪.系统由光源发射器与接收器、非对称马赫-曾德尔光纤干涉仪、光电接收系统、数据处理4个部分组成.光电接收探测器采集不同时刻运动物体的反射光波形成的干涉条纹,通过对数据进行分析和计算,获得运动物体的运动速度和加速度剖面.在霍普金森杆测量实验中,为获得具有良好对比度的干涉条纹,激光光源谱带宽应优于50kHz,功率稳定度为0.07dB,测速范围和测量精度由光纤干涉仪的延迟光纤长度决定.干涉仪的标定可通过测量延迟光纤长度为100m时的条纹常数来实现.测量结果表明,由干涉信号求得的膛口速度和由光触发脉冲求得的膛口速度之间的误差在1‰以内.     

微型光纤加速度计系统研究

光纤加速度计作为新型光纤传感器的一种,在高精度测量领域中有着不可替代的作用.实现光纤加速度计信号的解调,对于进一步提高传感器测量精度以及实用化都有着重要的意义.光源调频相位生成载波技术(PGC)常用于干涉型光纤传感器的信号解调,为了实现整个光纤传感系统的小型化,提高数据处理速度和解调精度,设计制作了应用于盘式光纤加速度计数字解调系统,系统以DSP和FPGA数字系统作为解调硬件电路的核心,实现对微型盘式光纤Michelson干涉仪相位信号检测.实验结果表明,微型盘式光纤加速度测量系统对微小振动信号检测有着很高的灵敏度,是高精度测量领域中的一个重要研究方向.     

基于单模光纤偏芯结构的光纤折射率传感器研究

基于迈克尔逊(Michelson)干涉仪(MI)原理,结合光纤传感器的特性,设计和实现了一种单模光纤(SMF)偏芯干涉仪结构光纤折射率传感器,并针对蔗糖溶液进行了折射率的测量。实验结果表明:这种传感器的传感范围在1.33～1.39时,特征波长与外界折射率有单调的递减变化关系,蔗糖折射率每变化0.01时,特征波长平均变化约为0.12nm。这种传感器结构简单,灵敏度较高,能够实现液体折射率与浓度变化的在线检测。     

基于全光纤马赫—曾德干涉仪的温度传感器设计

光纤温度传感器作为一种新型测温技术,发展迅速,应用广泛。基于全光纤马赫-曾德干涉仪的结构与原理,阐述了光纤温度传感器的总体设计思路,并对光纤温度传感器设计中所涉及到的光源、光纤耦合器、光路准直、光谱分析、信号检测及处理、条纹计数器等问题进行了探讨。     

基于光纤Fabry-Perot的电流传感器

利用光纤抗电磁干扰、绝缘性好, 体积小等特性,提出一种新型的光纤电流传感器. 该传感器将悬臂梁结构和光纤Fabry-Perot相结合,基于材料力学理论和电磁感应原理,利用Fabry-Perot干涉仪原理来实现对电流的测量. 在解调方式上采用了相位解调法,分析了该传感器的工作原理及光纤F-P的测量原理,建立了光纤F-P腔的数学模型,推导出电流检测理论公式,并进行了相关实验,证明该电流传感器具有绝缘性好、结构简单、灵敏度高等优点.     

一种路径消扰型全光纤速度干涉仪

在使用全光纤速度干涉仪测速时,由光纤传输路径引入的环境噪声会影响速度测量的准确性.提出了一种路径消扰型全光纤速度干涉仪.构建了两个具有完全对称光路结构的传感子系统,其中一个子系统采用传统全光纤速度干涉仪的结构,记录自由面运动和噪声的叠加信号;另一个子系统用于记录噪声信号.同一振动扰动在两子系统中引起的相位移动相同,通过对两子系统测量得到的相位信号做处理,可以实时修正由噪声造成的相位偏差.实验结果表明,该路径消扰型全光纤速度干涉仪能很好地抑制宽频噪声和固定频率噪声对测速结果的干扰.系统对固定频率噪声的抑制能力达30dB,抗干扰能力明显提升,速度测量的准确性得到了提高.     

光纤偏振态检测方法的研究

在光纤干涉仪和偏振模色散检测过程中,偏振态的检测是十分重要的.本文给出了两种用1/4波片和检偏器检测光纤输出光偏振态的方法和原理,并进行了实验验证.     

光纤光栅加速度传感器的研究进展

基于光纤布拉格光栅(FBG)的加速度传感器近年来受到较大的关注,这种基于波长检测的传感器在诸多领域都有良好的应用前景。该文重点对各种不同结构设计的光纤光栅加速度传感器的技术和特点做了分析,对光纤光栅加速度传感器的未来作了展望。     

全光纤Mach—Zehnder干涉仪原理及应用的研究

全光纤的Mach—Zehnder干涉仪是一种重要的干涉器件,因其具有干涉现象、体积小、重量轻、结构紧凑、灵敏度高等特点,可用于光纤通讯和光纤传感领域。本文分析了Mach-Zehnder干涉仪的基本原理,说明了全光纤的Mach—Zehnder干涉仪在光纤传感方面的应用价值。     

用于高温高压井下的光纤传感器

本文详细介绍了光纤传感器在恶劣环境的井下的应用。传感头部分是基于干涉原理的光纤传感器,它的腔体长度会随着压力和温度发生变化。为了提高测量速度,一种以自校正（SCIIB）原理为基础的干涉方法被应用到压力（或温度）信号的解调,这种方式能够针对白光漂移以及光纤损失的变化实现补偿。这种系统应用到传感器的制作当中,解调系统可以提供非常高的分辨率。实验结果显示,当压力传感器在0~8000psi范围内工作,温度传感器在0~600℃范围工作时,这种SCIIB系统能够达到0.1%的准确度。白光系统的分辨率大约在?.5nm,动态变化范围在10微米。井下长期的测试结果在文中也有提及。     

数字式干涉型光纤传感器条纹细分辨向电路的实现

介绍了数字式干涉型光纤传感器高倍数条纹细分实现,针对由于基本辨向电路的辨向分辨率低限制了细分倍数的问题,提出了一种新的辨向电路.仿真结果证明,这种新的辨向电路能够实现高倍数的辨向分辨率,满足了数字式干涉型光纤传感器高倍数条纹细分实现的要求,且可适用于传统莫尔光栅细分技术.     

F-P腔光纤传感器研究

讨论了本研究小组有关F-P腔光纤干涉型传感器多参数测量的研究进展。在单模光纤与薄膜或空气间隙等构成的法布里-珀罗腔结构基础上,分别发展出基于F-P腔干涉和基于F-P腔调制菲涅尔反射的温度、液体和固体折射率光纤传感器。理论分析和实验均证明,温度的变化可转化为干涉光谱波峰或波谷中心波长的偏移测量,通过干涉光谱的条纹反衬度可解调出液体或固体折射率。光纤干涉型传感技术可拓展其它功能,是高端领域传感测量的发展方向。     

定长光纤环形谐振腔不同匝数对光纤陀螺信号输出参数的影响

谐振式光纤陀螺由于其在小型化、集成化和高精度等方面比干涉型光纤陀螺占有优势,引起了国内外研究机构的广泛关注,而光纤环形谐振腔作为光纤陀螺的核心敏感部件对陀螺信号的输出至关重要。本文分析对比了半长1.10 m,定长2.2 m,保偏耦合器偏振消光比为20 dB,分光比为50∶50的光纤环腔在相同室温条件下,不同匝数谐振谱线的谐振深度ρ、半高全宽(FWHM)以及光纤陀螺的输出信号包括动态范围、频率带宽、标度因数、系统极限灵敏度的各项陀螺关键指标,为定长保偏光纤环腔作为光学陀螺的核心部件提供相关指导。     

FIR滤波器在光纤陀螺中的应用

光纤陀螺的研究主要分为光路和电路2个部分,电路部分中数字信号处理的算法影响整个光纤陀螺系统的精度．介绍了平滑滤波器和基于分布式算法的FIR滤波器的基本原理;采用Matlab工具箱中的fdatool设计了滤波器系数,并进行了仿真,仿真结果表明设计可靠、合理且满足设计要求;最后使用VerilogHDL语言实现了滤波器硬件电路．     

基于多分辨率分析的1/f类噪声滤波器设计

针对1/?类噪声的非平稳、自相似、长程相关以及幂指数型的功率谱等特性，根据小波理论以及多分辨率分析思想给出了1/?类噪声的多分辨率分解的表示方法，在此基础上建立了其小波模型并设计出相应的白化滤波器。运用基于小波的阀值限定的方法进行消噪，以干涉式光纤陀螺系统中由于偏置不稳定性造成输出信号中所存在的1/?类噪声为研究对象进行仿真分析。结果表明，该方法处理此类非平稳噪声的有效性。     

干涉型全光纤退偏陀螺中偏振过程的研究

分析了退偏陀螺干涉的实现过程，对干涉型全光纤退偏陀螺退偏过程、偏振控制、双折射现象进行数学描述，完成了全光纤退偏陀螺模型的设计，得出了退偏陀螺元件的弥勒矩阵．使用偏振光学矩阵分析理论，进一步对退偏理论、退偏器的设计、退偏技术的实现、退偏器的精度对退偏陀螺性能的影响等进行理论推导和实验分析．     

全反射相干自相关法测量飞秒脉冲的特性分析

 全反射相干自相关法在测量紫外-X光波段的超短脉冲和宽频带脉冲方面具有优势。借助数值模拟,比较了全反射相干自相关和传统相干自相关方法测量不同相位结构脉冲时信号特征的异同。利用自建的组合式自相关装置测量了钛宝石激光器输出的飞秒脉冲及经由40 mm厚BK7玻璃块展宽而成的啁啾脉冲。理论分析和实验结果表明,同一脉冲的两种自相关曲线是基本相似的,因而在传统自相关方法不适用或操作不便的情况下,可以用全反射相干自相关法来替代。     

基于神经网络辨识的移动机器人航向误差校准方法

分析了E-Core RD1100干涉型光纤陀螺的误差产生机理, 提出利用RBF神经网络和遗传算法实现光纤陀螺漂移误差模型的辨识. 通过实验获得进化神经网络的训练样本, 在RBF神经网络的训练中, 提出了基于Elitist竞争机制的遗传进化训练方法. RBF神经网络具有很强的局部逼近能力, 而遗传算法具有优良的全局搜索与优化性能, 从而能够有效地对陀螺误差的非线性与时变特征进行建模与辨识. 实验结果表明: 该方法大幅度减少了光纤陀螺的误差, 从而提高了移动机器人导航定位的精度.     

干涉型光纤预警系统入侵信号的调制解调技术

为解决干涉型光纤预警系统因偏振退化而出现的误报漏报以及定位失准的问题, 在建立 Mach Zehnder 干 涉系统结构模型的基础上, 通过分析入侵信号的调制过程, 得到两种调制信号失真现象, 并详细推导了该问题 的解决方案: 基于耦合器的解调算法。 为使该方案满足工程应用要求, 提出一种参数调校方法消除实际耦合器 不均衡引起的解调结果失真, 并在 Simulink 环境下进行仿真分析。 结果表明, 该解调算法能在耦合器不均衡、 出现偏振退化与待解调信号含有高次谐波的条件下准确还原相位信号, 对系统工程应用具有指导性意义。